复合颗粒状构建材料制造技术

技术编号:18843167 阅读:7 留言:0更新日期:2018-09-05 08:50
本公开涉及复合颗粒状构建材料,包含92重量%至99.5重量%的具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子。该复合颗粒状构建材料进一步包含0.5重量%至8重量%的施加至该聚合物粒子表面的具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。

Composite granular construction materials

The present disclosure relates to a composite granular construction material comprising polymer particles of 92 to 99.5 weight percent with an average size of 10 to 150 microns and an average aspect ratio of less than 2:1. The composite granular construction material further contains 0.5 to 8 wt% reinforced particles with an average size of 0.1 to 20 microns and an average aspect ratio of 3:1 to 100:1 applied to the surface of the polymer particles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合颗粒状构建材料专利技术背景在过去几十年中,三维(3D)数字印刷方法——一种增材制造方法——在不断发展。但是,用于3D印刷的系统在历史上非常昂贵,尽管这些费用近来已经降低到了更可承受的水平。通常,3D印刷技术通过允许快速创建用于检查和测试的原型模型改善了产品开发周期。已经开发了各种用于3D印刷的方法,包括热辅助挤出、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积建模(FDM)、光刻法等等。因此,继续开发新的3D印刷技术,包括在提供改进的3D印刷物体的领域。附图概述图1是根据本公开的实例的复合颗粒状构建材料粒子的示意图;图2是根据本公开的替代实例的复合颗粒状构建材料粒子的示意图;图3是描绘根据本公开的实例的材料套装和技术的示意图;和图4是描绘制备根据本公开的实例的复合颗粒状构建材料的方法的流程图。专利技术详述本公开涉及复合颗粒状构建材料,其为三维(3D)印刷部件提供强化或增加的强度以及其它改进的物理性质。通常,非球形的较小的粒子(高纵横比,例如3∶1至100∶1,粒度沿最长轴最高大约30μm)难以在较大的更对称的粒子的3D构建材料粉末床中均匀铺展为薄层,因为较小的不对称粒子在逐层粉末床印刷的准备中通过刮刀或辊寻址时不能保持均匀地分散。通过将这些强化添加剂物理嵌入或附着到粉末粒子表面上,可以在整个印刷部件中更均匀地发现该强化粒子,因为该强化粒子在粉末成层过程中不会与聚合物粒子分离。由此,本公开涉及粉末床3D印刷技术,其中可以制备具有提高的结构性质的3D部件。基本上,可以包含可熔聚合物(颗粒或粉末)的复合颗粒状构建材料包含施加(例如粘附、嵌入或附着)到该粒子表面上的强化粒子,其可以以接收用于熔融该复合颗粒状构建材料的一种或多种墨水的配置逐层展开。据此,本公开涉及一种复合颗粒状构建材料,包含92重量%至99.5重量%的具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子。该复合颗粒状构建材料可以进一步包含0.5重量%至8重量%的施加到该聚合物粒子表面上的具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。“平均尺寸”基于其中测量该粒子的最长轴的粒度,并对粒度分布取平均值。“纵横比”基于该粒子的最长轴与该粒子的最短轴相比,其随后在粒子的分布上取平均值。在另一实例中,制造复合颗粒状构建材料的方法可以包括在聚合物溶胀溶剂的存在下混合具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子与具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。附加步骤可以包括使所述聚合物粒子溶胀,由此强化粒子嵌在该聚合物粒子的表面上以形成该复合颗粒状构建材料。在另一实例中,用于3D印刷的材料套装可以包括复合颗粒状构建材料和可熔墨水。该复合颗粒状构建材料可以包含92重量%至99.5重量%的具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子,和0.5重量%至8重量%的施加到该聚合物粒子表面上的具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。该可熔墨水可以包含液体连结料,和分散在该液体连结料中的电磁辐射吸收固体,该电磁辐射吸收固体在与该复合颗粒状构建材料接触并由电磁能量照射时适于接收来自能量源的电磁能量并与该复合颗粒状构建材料熔合。在本公开中,要注意的是当讨论该复合颗粒状构建材料、该方法或该材料套装时,这些讨论各自可以被认为适用于这些实例的每一个,无论它们是否明确地在该实例的上下文中讨论。由此,例如,在讨论关于该复合颗粒状构建材料本身的细节时,此类讨论也涉及方法或材料套装,并且反之亦然。在本公开的实例中,该技术可用于多种印刷架构,包括压电印刷系统或热喷墨印刷系统。在一个实例中,可以使用HP的多射流熔融技术,该技术利用其创新的页宽热喷墨(TIJ)印刷技术,由此受益于按需滴墨数字图案化,使得能够在高空间分辨率下在印刷区域中在任何位置处进行印刷。高空间分辨率和“全点寻址能力”使得能够以单位体素规模将多种墨水分配到该复合颗粒状构建材料中或该复合颗粒状构建材料上。例如,3D印刷过程的一般实例开始于在该印刷机的工作区域中施加薄粉末或颗粒层(其是本公开的复合颗粒状构建材料)。接着,该粉末或颗粒层表面用墨水图案化,该墨水通常是电磁能量吸收墨水(例如IR吸收墨水)或可以简单地通过干燥而不增加能量来提供聚结。在能量吸收墨水的情况下,一旦图案化,将粉末层暴露于与激活电磁能量吸收墨水的频率匹配或重叠的高能光能量源。例如,对于IR吸收墨水,可以使用红外光能量源,其选择性熔融已经印刷有该IR吸收墨水的区域并保持未印刷区域不变。未熔融粉末可以随后除去(立即但更通常在该过程结束时),留下三维图案。这种逐层过程可以根据需要重复多次以产生最终的三维组件。关于复合颗粒状构建材料本身,通常,存在聚合物粒子和施加至其表面的强化粒子。在图1中,复合颗粒状构建材料显示在10处,其包括多个复合颗粒。该颗粒包含聚合物粒子12,强化粒子附着至其表面,在该实例中,该强化粒子为板状结构,如云母粒子14。图2是类似的,复合颗粒状构建材料显示在20处,其包括多个复合颗粒。该颗粒包含聚合物粒子22,强化粒子附着至其表面,在该实例中,该强化粒子为纤维24,如玻璃纤维。可用于该聚合物颗粒的聚合物类别通常包括尼龙、热塑性弹性体、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚酯、聚醚酮、聚丙烯酸酯、热聚氨酯、热塑性聚氨酯、工程塑料、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、其无定形聚合物、其共混物、其核壳复合材料等等。在一个特定实例中,该颗粒状聚合物可以是聚酰胺(或“PA”),例如尼龙11(PA-11)、尼龙12(PA-12)、尼龙6(PA-6)、尼龙8(PA-8)、尼龙9(PA-9)、尼龙11(PA-11)、尼龙66(PA-66)、尼龙612(PA-612)、尼龙612(PA-612)、尼龙812(PA-812)、尼龙912(PA-912)等等。在某些实例中,该复合聚合物构建材料的聚合物粒子可以具有大约70℃至大约350℃的熔点或软化点。在进一步的实例中,该聚合物粒子可以具有大约150℃至大约200℃的熔点或软化点。在另一实例中,该复合材料的聚合物粒子可以选自一组具有适度的低熔点(<200℃)或200℃至500℃的更高熔点的聚合物。在一个特定实例中,该颗粒状聚合物可以是尼龙12,其具有大约175℃至大约200℃的熔点。在另一特定实例中,该颗粒状聚合物可以是热塑性聚氨酯。关于可以施加到该聚合物粒子表面上的强化粒子,可以使用小于该聚合物粒子并具有更大纵横比的粒子,以便一旦印刷的3D部件熔融,可以增加其强度。如所述那样,可以使用3∶1至100∶1的纵横比。其它纵横比可以是5∶1至90∶1、10∶1至75∶1、或20∶1至60∶1。可以使用的材料的实例包括云母、滑石或玻璃。形状由此可以是细长的纤维结构,如玻璃纤维,或扁平的板状结构,如云母或滑石。通常,该强化粒子基本不存在于该聚合物粒子的表面之下,例如它们嵌在表面中,但是通常不会被该聚合物粒子的表面覆盖。在某些实例中,按总表面积计,该聚合物粒子表面的10%至80%被该强化粒子覆盖。在其它实例中,该聚合物粒子表面的20%至60%被该强化粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合颗粒状构建材料,包含:92重量%至99.5重量%的具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子;和0.5重量%至8重量%的施加至所述聚合物粒子表面的具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.复合颗粒状构建材料,包含:92重量%至99.5重量%的具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子;和0.5重量%至8重量%的施加至所述聚合物粒子表面的具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子。2.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述聚合物粒子包括尼龙、热塑性弹性体、聚氨酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚酯、聚醚酮、聚丙烯酸酯、聚氨酯、工程塑料、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、其无定形聚合物、其共混物或其核壳复合材料。3.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述强化粒子包括云母、滑石或玻璃。4.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述强化粒子具有细长的纤维结构。5.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述强化粒子具有扁平的板状结构。6.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述强化粒子基本不存在于所述聚合物粒子的表面之下。7.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中按总表面积计,所述聚合物粒子表面的10%至80%被所述强化粒子覆盖。8.权利要求1的复合颗粒状构建材料,其中所述材料为自由流动的颗粒形式,适于用作3D印刷的粉末床构建材料。9.制造复合颗粒状构建材料的方法,包括:在聚合物溶胀溶剂的存在下混合具有10μm至150μm的平均尺寸和小于2∶1的平均纵横比的聚合物粒子与具有0.1μm至20μm的平均尺寸和3∶1至100∶1的平均纵横比的强化粒子;和使所述聚...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·埃曼约梅E·M·冯A·S·卡巴尔诺夫
申请(专利权)人:惠普发展公司有限责任合伙企业
类型:发明
国别省市:美国,US

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